生姜收获机械设计

青岛农业大学

毕 业 论 文（设计）

题 目：姓 名：学 院：专 业： 生姜收获机械设计 机电工程学院 农业机械化及其自动化

班 级： 日

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 1绪论 ......................................................................................................................................... 1 1.1研究背景 ........................................................................................................................... 1 1.2国内外研究现状 ............................................................................................................... 1 1.3选题的目的和意义 ........................................................................................................... 3 1.4研究方案 ........................................................................................................................... 3 2 生姜的种植农艺及收获机方案的选定 ................................................................................ 5 2.1种植农艺 ........................................................................................................................... 5 2.2机具方案的选定 ............................................................................................................... 6 3悬挂架、限深轮、挖掘铲的选定与设计 ............................................................................. 9 3.1悬挂架的选定与设计.....................................................................................................10 3.2限深轮的选定与设计 ..................................................................................................... 16 3.3挖掘铲的选定与设计 .............................................................................................. .......12 4传动部件的方案选定及设计................................................................................................16 4.1 一级传动方案的选定 .................................................................................................... 16 4.2 V带轮的设计计算 ......................................................................................................... 16 4.3锥齿轮的设计算....................................................................................................... .....18 4.4二级传动方案的选定.....................................................................................................20 4.5链轮的设计计算.............................................................................................................20 4.6导向铺禾杆的设计.........................................................................................................22 4.7圆盘割刀的选定与设计.................................................................................................22 5结论及建议 ........................................................................................................................... 24 5.1结论 ................................................................................................................................. 24 5.2建议 ................................................................................................................................. 24 参考文献 .................................................................................................................................. 25 致 谢 ...................................................................................................................................... 26

生姜收获机的设计

摘 要

本设计通过对目前各类型生姜收获机械资料的查阅和研究，对现有的技术方案进行创新和改进，设计了一台结构简单具有清垄和挖掘功能的牵引式生姜收获机，这种机械可以与不同马力的动力机械配套使用，这样就不会造成动力机械闲置。在设计过程中，利用ProE软件的三维建模，对各个部件的观察并最终确定最佳方案。在此次生姜收获机的设计中主要完成以下的工作：完成悬挂架和铲架以及挖掘铲的设计计算；完成割台传动系统（皮带轮、链轮、锥齿轮）的设计和计算；完成割刀的设计计算；完成整体的配置方案及装配。

关键词:生姜;收获机;挖掘

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The Design of the Ginger Harvester

Abstract

This design through the review and study the various types of ginger harvester data,innovation and improvement of the technical scheme of the existing,traction type ginger harvesting machine with simple structure and Ridge Clearing and mining function design,this machine can be used with power machinery supporting different horsepower,So as not to cause power machinery idle.In the design process,using three-dimensional modeling software ProE,observation of the various components and determine the optimal scheme. Mainly completed the following work in the design of the ginger harvester:complete the suspension frame and a shovel digging shovel frame and the design calculation;To complete the cutting table transmission system (pulley, sprocket, gear) design and calculation;complete the design of the calculation of cutting knife;complete the configuration scheme of overall and assembly. Key words: Ginger; Harvester; Mining

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1绪论

1.1研究背景

生姜原产于东南亚(印度和马来西亚一带)热带雨林区的森林边沿地带。目前， 我国是世界上种植生姜面积最大的国家，其次分别是印度尼西亚、印度及澳大利亚等国。欧美发达国家及日本、韩国的生姜种植面积在逐年减少，但对生姜的需求却越来越旺盛，这些国家年需求量在400万吨以上，且每年以20% 以上的速度增长。由于生产技术及产业结构调整等原因，目前，全球生姜年生产量在2500万-2800万吨,市场需求缺口很大。

生姜作为我国重要的蔬菜品种，具有良好的药用和食用价值，其在我国的栽培历史悠久，种植范围很广，目前已形成许多著名产区，除东北、西北等寒冷地区不种植外，在我国的中部、东南部至西南部的各地区均有生姜产区。且以南方诸省居多。自98 年以来， 国际的生姜市场日趋活跃，呈现出供不应求、价格坚挺之势。 其中对中国的生姜需求逐渐增大。目前，因日韩美等国家对中国生姜需求旺盛，使得农民的种姜积极性增加，2011年全国各地的生姜种植面积都有不同程度的增加。经初步估算，2011年全国的生姜种植面积要比2010年多40％左右。以山东部分地区为例，其生姜种植面积比2010年增加了50％左右，全国各个生姜主产区的生姜种植面积都有不同程度增加，其产量增加了不少。

在 随 着 生 姜 种 植 面 积的不断增加，以往传统而落后的人工收获方式已经不能满足当前的生姜收获的要求，因此生姜收获作业的高效性研究已经迫在眉睫。生姜种植农业机械化水平的高低会直接影响到生姜种植也在我国的发展，因此我们要抓紧对生姜收获机械的研制。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

随着改革开放政策的实行，国内特种农业也在飞速的发展，以往的生姜只会被人当成是一种调味蔬菜，现在生姜的经济性已经逐渐被人所认可。在随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个地区生

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姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入方式和新的致富之路。由于国内生姜机械行业起步晚，导致了生姜种植及收获机械化程度很低，这严重拖慢了生姜种植产业在国内的发展速度。国内生姜收获机械主要分为两大类、三种型式。其中的一类是挖掘类，另一类是提拉秧类。挖掘类机械在生姜收获时，如果种植生姜的土壤过干，这样挖掘铲的工作阻力会很大，这样挖掘的效果就会很差，这样人工后期的作业时会造成姜块的损坏和姜块不能收获的困难，如果土壤湿度过大收获机械在行走时会变的很困难，挖掘铲的阻力变大挖掘效果变差；提拉秧类机械受土壤的干湿度的影响不是很大但主要会受到生姜的种植密集度的影响较明显，姜苗种植的过密、过疏或者是疏密不均等问题，都会影响收获效果[1]。

尽管现在国内已经有了不少形式的生姜收获机械，但是国内技术并不成熟，现有的机械并不能对生姜收获作业达到全机械化，大部分收获工作还是需要人工去完成。这样农民的收获劳动强度并没有减少，而且还会导致收获时间长和收获效率低等问题, 而且人工作业的随意性使生姜茎块的损失率、破碎率较高, 不利于生姜的贮存。因此, 急需改善和创新新生姜收获机械以解决目前国内生姜收获存在的不足。 1.2.2国外研究现状

生姜受生长环境以及种植农艺的影响导致它多分布于亚热带地区的国家，如中国、印度、东南亚的一些国家。国外从20 世纪40 年代开始根茎类作物收获机械的研究, 如美国、德国、日本、法国、意大利等发达国家均研制出了不同的收获机械。现已实现对长根作物( 萝卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋葱等) 的机械化收获，国外的根茎类作物收获机械正向大型化、机电一体化、智能化, 更可靠、更安全的方向发展。一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来, 农业机械正向智能化方向发展[2]。

针对国产机型存在的不足之处，和对发达国家先进技术的借鉴，本次设计的生姜收获机通过添加清垄功能和运用轮叉式挖掘铲来解决上述问题，在保证机具达到所需工作标准，同时，要保证该机型的价格较为低廉，操作简便，通用性好等特点。

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1.3选题的目的和意义

目的：在随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个地区生姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入和一条新的致富路。但目前，国内生姜收获不能达到机械化的程度，这就很大程度上阻碍了生姜产业的发展[3]。为了适应农业发展，此次毕业设计，通过借鉴现有生姜收获机械，对机具简化改进降低机具成本，并且提高生产效率高,节省劳动力,降低收获成本,增加产量。

意义：目前国内生姜种植面积比较分散, 种植农艺参差不齐, 这既影响了生姜产量的提高, 也不利于生姜收获的机械统一化。生姜收获时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大等农艺问题亟待解决[4]。 改进后的生姜收获机械简化了机具并且简化了工作过程， 能减生姜姜块的破碎率，由于机械的结构简单，所以生产造价低廉，并且机具的生产效率高，通用性良好可以与家用拖拉机配套使用。

1.4研究方案

研究内容：

本课题针对目前现有技术的不足，通过对传统收获机械的革新，提供一种能够减轻人的劳动强度，提高工作效率，并且能适应不同地域工作环境，收获效果好的生姜收获机械。 研究目标：

本次设计的生姜收获机主要由松挖装置、切割装置、和传动装置等部分组成。挖掘铲的挖掘深度可以通过限深轮来调节而割刀的切割高度通过割刀高度调节杆装置来实现，从而使机具可以适应不同的种植农艺方式。 研究方法：

充分了解现有的生姜收获方式的优缺点，总结经验，克服不足。设计一种结构简单而且可以与拖拉机配套使用，能适应不同的工作环境的生姜收获机械，从而减轻农民购买时的经济负担和生姜收获时的劳动强度，并且提高生姜收获作业的效率。设计过程中要用到农业机械学、机械制造、机械设计、材料力学、动力传动装置设计等课程方面的知识。

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技术路线：

调查研究资料→写出开题报告→确定总体方案→机架、轮子和轮叉铲等的装置设计→传动设备计算选型→切割装置整体方案设计→绘制生姜收获机总装图及零件图→撰写设计说明书 拟解决的问题：

主要解决生姜收获作业时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大，以及生姜收获机具的造价太高机具的闲置的等问题。 特色与创新点：

本次设计的生姜收获机，相对以往的传统收获机械来说结构更简单，生产造价更低廉，可以与家用手扶拖拉机配套使用。

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2 生姜种植农艺和收获机具方案的选定

2.1种植农艺

(1)生姜的种植特征

生姜在全国各地由于种植环境的不同种植方式也有区别。在通常情况下，姜块可以长出的根最多不会超出10根一般都是7-9根。生姜的根系由于吸水和吸肥的能力不是很好的原因它的根系并不会入土很深，当生姜的根入土超过30cm的时候并不能对水肥吸收。

图2-1 生姜农艺特征

(2)收获要求

1）挖掘入土深度和挖掘宽度 为了保证生姜能够全部被挖出或者松土，各个挖掘铲的入土深度和挖掘宽度都要达到要求（挖掘深度为30cm，挖掘宽度为40cm），如果入土深度和宽度不能达到要求，就会对姜块造成损坏和漏挖。 2）生姜漏姜率及损伤率 漏姜：漏姜是在生姜收获作业过程中的被遗漏在土壤之中并没有被收获的姜块，造成漏姜的最主要原因是生姜收获机械在挖掘作业时挖掘铲入土角度和入土深度并没有达到 5

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要求，这样就会使得后续人工作业的劳动强度增大而且还会增加生姜收获的损伤率。漏姜量的比例一般少于产量的2%。

损伤：损伤是指在收获过程中那些破损的姜块，一般是机具在收获过程中没有达到收获要求是造成生姜损伤的主要原因，后续人工收获时对姜块早造成的人为损坏也是造成损伤的一部分原因。生姜损伤率一般也要小于产量的2%。

2.2机具方案的选定

2.2.1 方案参考

此次设计的设计方案的选定是通过对目前现有几种生姜收获机械的调研，参照自己的设计方案的要求，对比各个的优缺点来实现机具的设计。 以下是三种不同形式生姜收获机具的结构简图和性能分析：

图1 4JZL-2生姜收获机

1、发动机 2、变速箱 3、皮带轮 4、液压操纵机构 5、油缸 6、横拉杆 7、松土铲 8、限深轮 9、支架 10、支撑履带 11、支重轮 12、护板 13、驱动轮 14、机架总成

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通过查表可知中心距的计算系数f1?0.2498，将各项系数的值代入可??799.5mm，从而可知选择的中心距ao是合适的。 v，确定润滑方式 （5）计算链速 v? z1n1p=2.3m/s 公式（4-23）

60?1000 通过查表选择油池润滑或油盘飞溅润滑方式。 （6）计算压轴力FP

Fp?KFPFe?1.05?1000P?1590Nv 公式（4-24）

4.6导向铺禾杆的设计

导向铺禾杆位于机架的最前方，它是能不能完成生姜清垄工作的最重要部件。由于受生姜的种植农艺要求的影响，本次设计的导向铺禾杆设计在割刀的左右两边各一个，而且考虑的到机械的配套使用，导向铺禾杆设计成长度可调节式[16]。导向铺禾杆的前端通过焊接的方式固定，由于考虑后方如果也用到焊接的方式可能会影响铺禾杆长度调节功能的实现所以导向铺禾杆的后方选用螺栓固定的方式。下图为导向铺禾杆结构图:

图4-1导向铺禾杆

4.7 圆盘割刀的选定与设计

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圆盘割刀的刀片形式一般情况下有光刃刀片和齿刃刀片两种。光刃刀片的结构相对其他的刀片形式较简单，而且在割刀工作时它的阻力也比其他的刀片小，但是其工作效果较差对转速要求较高。而相对来说齿刃刀片的工作效率高环境适应性更强，所以考虑到生姜种植的特殊性和本次设计机具的转速不是很高等因素此次设计选用齿刃刀片[17]。

割刀的在工作过程中，其底面与被挤压的禾杆摩擦，所以比侧面要磨损的快，又因茎杆难免要刀刃反复摩擦，这样刃口很容易出现圆角而被磨钝。研究表明，在软的（弹性的）被切割的材料中包含着硬的夹杂物，一些来自被吸留的矿物微粒，如大多数的植物组织里包含有氧化硅晶体，而在植物的表面，则有对于刃口材料起着磨料作用的石英微粒。利用刃口表面对于支撑原件及被切割材料之间的摩擦，可以控制它不同位置的磨

损速率，并可以利用这个工作过程中的影响来改变刃口的形状，以达到自磨锐的目的[18]。

由于刀的幅宽为300mm，受力强度较大，故其制造材料采用45号钢，表面采用渗硼的化学热处理的方法，硼的渗层厚度为0.08~0.15mm,这样可以使得刀片刃口的侧边得到一定程度的硬化，经实验证明：刀片的侧边和顶面存在硬度差时，可以利用茎杆对他的摩擦，使其顶面的磨损速率大于侧边的磨损速率，从而推迟刃口圆角的出现以达到自磨锐的目的。

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5结论及建议

5.1结论

本次设计通过对国外生姜收获机械化现状的调研，以及结合对我国国内生姜收获机械在工作过程中优缺点的分析，此次论文要设计一种即能完成对生姜割秧清垄又能对姜块进行松土挖掘的牵引式的生姜收获机，并对其进行设计、分析、计算。在设计过程中要能实现收获机具与动力机械的配套使用，而且还要保证其造价低廉，便于维修和保养。

本次所设计机型是牵引式机具，构造简单，此机具作业时所消耗的功率小，结构紧凑，工作效率高，作业时姜块的受损率低，能够大大的降低农民的劳动强度，而且此机具是与动力机械配套使用，不用时可以拆卸存放这样就不会造成动力机械在生姜种植以及其他季节的闲置浪费。该设计做出了以下结论：

(1)．犁出装置中并没有采用以往的三角铲而是选择轮叉式收获铲，轮叉式收获铲与地面呈很大的角度，叉铲很容易叉入土中，叉指可以将姜块托起和松土的作用。

(2)．割刀的工作动力由发动机提供，通过两级传动带动割刀旋转，割台在割断姜秧的同时进行清垄，保证割断的姜秧不会影响动力机械的行走以及轮叉铲的入土。

5.2建议

虽然顺利的完成了设计，但是由于设计经验和设计视野上的不足，此设计存在着很多的不足。如：轮叉铲工作时与地面的倾角大小，并不是通过实验得出的最佳入土倾角；在圆盘割刀旋转速度的确定上，也不是根据实验求得对姜秧切割的最佳转速等。 针对本次对块茎类作物收获机的设计，有以下建议： (1)．在通过实验求得最佳转速后，可以考虑降低传动比从而减小链轮的中心距来减小割台尺寸这样就可考虑加挂割台和犁出装置，使其能够同时进行多行收获。

(2)．为了达到更好的清垄目的可以考虑在导向铺杆和割刀的中间加一个拨禾轮。

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参考文献

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致 谢

毕业论文的尾声也代表着我们的大学生活将要结束了，时间过的是如此的快，恍惚间我就要离开这片自己已经深深爱上的土地。回首大学四年有过开心、欢笑；有过孤独、失望；有过努力、拼搏；更有过失败和打击，这一切的一切都构成了我大学四年最没好的回忆。不管将来我将来的人生如何，每当我回忆起我能在这样一个欣欣向荣、生机蓬勃的大学校园里学习过都会感到无比的骄傲和自豪。

毕业设计的过程是枯燥的但也是充满挑战的。首先感谢我的指导教师林悦香老师，从课题的选择、开题报告的撰写、论文的书写到图纸的绘制，她都费劲心血给出了很多建设性和专业性的指导意见，没有林老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。其次我要感谢同学们对我的帮助，在此次机具设计及计算的过程中他们给了我很多的帮助。由于此次设计的机械是特种农业机械，所涉及到的内容广、计算量要求大，在做设计时，同学们给了我巨大的支持，使我的论文不断完善！另外论文完成过程中，同学们都互相鼓励，探讨论文，相互帮助，再一次让我领悟到了团队的力量的伟大。

对我来说，经过几个月的不懈努力，终于完成了似乎不可能的任务。当然，这几个月中，我也付出了辛勤的劳动和汗水。感觉到收获颇多，但也发现了自己的不足和欠缺之处。我希望通过不断地学习，努力能够使自己变的更加优秀，做一个对国家对社会有用的人。

鉴于自己的知识水平有限，设计中难免存在缺点和不足，敬请广大老师和同学们以及读者批评指正，提出宝贵意见，以便从中汲取经验教训，加以完善。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/abbx.html